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Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie
Physiktheorien als Dogma
am Beispiel der
Relativitätstheorie
Dresden 2011
von
Albrecht Giese
Hamburg
1
Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie
Warum neu nachdenken
über Physik?
‘
2
2
Physiktheorien
Logische Grundlage
als Dogmader
: Relativitätstheorie
Relativitätstheorie
Krise der heutigen Physik
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
XHiggs Boson
X Supersymmetrische Teilchen
XLeptoquarks
XDunkle Materie (CDM)
XDunkle Energie
XKosmologische Inflation
XGravitationswellen
?Quantum Gravity
‘
3
3
Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie
Die Ursache: Das Paradigma
Ursache der Krise ist
(im Sinne von Thomas Kuhn*)
das Festhalten am heutigen Paradigma nämlich:

Relativität beruht auf Eigenschaften
der Raum-Zeit
X

Elementarteilchen sind
Xpunktförmig – ohne Struktur
*) Thomas S. Kuhn: Die Struktur wissenschaftlicher Revolution, Suhrkamp 1993
‘
4
4
Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie
Inhalt
 Spezielle Relativität
 Teilchen
}
 Allgemeine Relativität
 Was blockiert den Wechsel des
Paradigma?
‘
5
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Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie
Spezielle Relativität:
Wie hat es angefangen?
 Michelson-Morey Experiment brachte
unerwartetes Null-Ergebnis
 Erklärung durch Heaviside / Lorentz über
Kontraktion von Feldern  Objekten
 Erklärung von Einstein*) über Raum-Zeit
*) Albert Einstein, Zur Elektrodynamik bewegter Körper, Annalen der Physik, IV. Jg. 17, S. 891–921 (1905)
‘
6
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Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie
Historie der Kontraktion (des Raumes??)
in der Spezielle Relativitätstheorie
1888: O. Heaviside
Elektrische Felder kontrahieren bei Bewegung
1889: G.F. FitzGerald
Objekte kontrahieren bei Bewegung
1892: H.A. Lorentz
Der Michelson-Morley Aufbau kontrahiert bei Bewegung,
was das Null-Ergebnis des Experimentes erklärt:
d  d' 
1

*d
v2
  1/ 1  2
c
… und als Erklärung für das Null-Ergebnis von Einstein
akzeptiert
Aber: Warum hat Einstein dann Relativität auf einer anderen Basis entwickelt?
1.
2.
Passte nicht in Einsteins Weltbild
Dilatation damals nicht physikalisch erklärbar (erst 1930)
‘
7
7
Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie
“Zitterbewegung” (Schrödinger) vervollständigt 
Struktur eines Elementarteilchens:
 E/h
(de Broglie 1924)
v c
(Dirac / Schrödinger 1928/30)
orbit
(Spin, mag. Moment)
N 2
(Impulssatz)
m0
(Relativität)
Gelte für alle Elementarteilchen
- Kein Konflikt mit Experimenten! -
‘
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Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie
Spezielle Relativität:
Dilatation
q 2  c 2  v 2 Pythagoras
T  2pR c
T '  2pR q
 
T' c
v2
  1/ 1  2
T q
c
d
1
dt
1
„Geschwindigkeit der Eigenzeit“
 d 
 c    c2  v 2
 dt 
2
2
v
v2
c2
d.i. der Lorentz - Faktor
 d 
 c    v 2  c2
 dt 
2
2
 d 
c

 dt 
‘
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Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie
Was also liefert die lorentzianische Alternative
zur einsteinschen Relativität?
 Das physikalische Analogon zu Raum ist Feldausdehnung
 Das physikalische Analogon zu Zeit ist Basisoszillation
Konsequenz:
Die Lichtgeschwindigkeit ‚c‘ ist bei Lorentz nicht konstant
‘
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Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie
Was bedeutet die Nicht-Konstanz von ‚c‘?
 Für die Speziellen Relativitätstheorie:
- Nur das gemessene ‚c‘ ist konstant – siehe Lorentz‘
Erklärung von Michelson-Morley
- Bei Einstein ist ‚c‘ real konstant
 Für die Allgemeinen Relativitätstheorie:
Aus Raumkrümmung wird (Licht-)Brechung
Sie wird viel einfacher – bei i.w. gleichen Ergebnissen
‘
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Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie
Woher kommt
die Teilchenmasse?
‘
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Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie
Bind of Particles at Distance
Potential
F  K  q2 
r  r0
r3
‘
Note: The binding force is the strong force
/rmass
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Physiktheorien
Dogma
: Relativitätstheorie
Theals
Mass
Equation
The Mass Equation



universal for all elem. particles!
The classical magnetic moment:
Radius R computed from the magnetic moment  and then inserted above  the correct mass m
Or both equations combined:
= Bohr magneton in case of the electron
universally valid for all elem. particles
‘
/rmass
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Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie
Mass and Increase of Mass
Relativistic increase of mass: From R  R'  R 
Putting the object to motion:

dE  dm  c 2
Spin:

m  m'  m  
(popular E  m  c 2 )
is constant
Classical angular momentum
‘
/rmass
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Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie
Jetzt:
Allgemeine Relativitätstheorie
=
Gravitation
.
‘
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Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie
Das Shapiro-Experiment:
c
Einstein: Dieses ist eine
scheinbare Reduktion von c;
Tatsächlich kontrahiert der Raum


c

G  M 

c(r )  c 0  1  2
2

r  c 0 

P
P=1/2 oder 1 abhängig von der
Richtung
‘
/gravity
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Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie
The gravitational field of the sun:

G  M 
c ( r )  c 0  1  2
2

r  c 0 


P
P=1/2 or 1 abhängig von
der Richtung
Die Anwendung der klassischen Brechung liefert für den Vertex:
a G
Integrieration der Ablenkung 2 von –  to +  ergibt: 1.75 arcsec
…. mit Newton: 0.88 arcsec
Ablenkung nach Einstein über Raumzeit-Krümmung ergibt: 1.75 arcsec
M
r2
Jetzt: Beschleunigung im Ruhefall!!
Einsteins Sichtweise:
Der Pfad ist gerade, aber der
Raum ist gekrümmt
Dieses war der große Durchbruch für Einstein im Jahre 1919 (Sonnenfinsternis)!!
‘
/gravity
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Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie
Elementarteilchem im Gravitationsfeld (bei vertikaler Achse):
c
c
a G
M
r2
Keine Abhängigkeit von der Masse!
Gravit.
Source
‘
/gravity
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Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie
Mathematische Behandlung der Allgemeinen Relativitätstheorie
(Gravitation)
rs  2
Schwarzschild Lösung:
GM
r  c2
wird verwendet für die klassischen Tests der
Allgemeinen Relativitätstheorie:
-
Perihelverschiebung (des Merkur)
Gravitationslinsen
Schwarze Löcher
zeitl. Dilatation im Gravitationsfeld
…
‘
/gravity
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Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie
Mathematische Behandlung der Allgemeinen Relativitätstheorie (Gravitation)
1
Reduzierte Lichtgeschw. c
 r 
c  c  1  s 
r 

1/ 2
 rs 
c  c  1  
r 

GM
r  c2
G *N
rs  2
r  c2
für radiale Bewegung
rs  2
für tangentiale Bewegung
1
Reduzierter Feldabstand
d '  (1 
rs 2
) d
r
in radialer Richtung
 d 
 c2   c2  v 2
 dt 
2
Lorentz Transformation
(zeitbezogen)
Aufteilung der Geschwindigkeit
in radialen/tangentialen Anteil
Jetzt mit Gravitation:
 d 
 c    c2
 dt 
2
2
 r 2
 r 2 2
1
 r   dr   r 
 d 
 d 
 c    c 2 1  s      1  s   r 2 

r   dt  
r 
 dt 
 dt 

2
2
2
2
2
 dt 
  
 d 
‘
Schwarzschild Lösung
/gravity
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Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie
Riemann Geometry
Field Equations
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‘
Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie
Mathematische Behandlung der Allgemeinen Relativitätstheorie (Gravitation)
1
Reduzierte Lichtgeschw. c
 r 
c  c  1  s 
r 

1/ 2
 rs 
c  c  1  
r 

GM
r  c2
G *N
rs  2
r  c2
für radiale Bewegung
rs  2
für tangentiale Bewegung
1
Reduzierter Feldabstand
d '  (1 
rs 2
) d
r
in radialer Richtung
 d 
 c2   c2  v 2
 dt 
2
Lorentz Transformation
(zeitbezogen)
Aufteilung der Geschwindigkeit
in radialen/tangentialen Anteil
Jetzt mit Gravitation:
 d 
 c    c2
 dt 
2
2
 r 2
 r 2 2
1
 r   dr   r 
 d 
 d 
 c    c 2 1  s      1  s   r 2 

r   dt  
r 
 dt 
 dt 

2
2
2
2
2
 dt 
  
 d 
‘
Schwarzschild Lösung
/gravity
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Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie
Résumé
1.
Higgs Boson
2.
Supersymmetrische Teilchen
3.
Leptoquarks
4.
Dunkle Materie (CDM)
5.
Dunkle Energie
6.
Kosmologische Inflation
7.
Gravitationswellen
8.
Quantum Gravity
Sämtliche obigen Probleme verschwinden beim
vorgestellten Paradigmenwechsel,
1. dem neo-lorentzianischen Ansatz für Relativität
2. dem ausgedehnten Teilchenmodell
‘
www.ag-physics.org /gravity
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Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie
Wissenschaftsverständnis:
Philosophische Betrachtung
Philosoph Hans von Reichenbach*), Förderer von Einstein:
Einsteinsche Relativität
↔
Ptolemäisches Weltbild
Lorentzianische Relativität
↔
Kopernikanisches Weltbild
*) H.R. Reichenbach, The Philosophy of Space and Time, Dover, New York (1958)
‘
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Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie
Wissenschaftsverständnis:
Historische Entwicklung
Epoche
Weltbild
Anwendung
 400 v. Cr.: Plato
„Wesen der Welt sind
Strukturen“
„Kreis ist eine Grundstruktur“
 1500: Newton
Physik der Bewegung:
Grundregeln der Dynamik
Newtonsche Gleichung
begründet Kreis/Ellipse
Darum kreisen Planeten
Dann 400 Jahre lang enorme Fortschritte in der Physik
 1900: Einstein
Strukturlehre von Raum
und Zeit
 1920: Heisenberg
Bezug auf platonische
Strukturlehre
Einsteinsche
Relativität
„Kopenhagener“
Quantenmechanik
Seitdem Stillstand …
‘
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Physiktheorien als Dogma : Relativitätstheorie
Was bringt die Zukunft?
 Eine Änderung des Paradigma ist unausweichlich
 Nach Thomas Kuhn ist eine Änderung nur über ein
Revolution möglich
 Wir stehen vor einer solchen Revolution
Es wird eine spannende Zeit
‘‘
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